The origin of the fast modulation characteristics of deep ultraviolet (DUV) AlGaN light-emitting diodes (LEDs) grown on AlN/sapphire templates with vicinal off-angles is reported by employing time-resolved electroluminescence (EL) and micro-imaging experiments. The LEDs have recently demonstrated Gbps-class optical wireless communication (OWC) under both room-lighting and direct-sun. The frequency response (f3dB) of the LED reached 184 MHz, which is far beyond expectations by considering the size of the LEDs. Since self-organized micro-LED structures with a low electric capacitance (C) are observed by the EL experiments, the compatibility of high efficiency and fast modulation nature of the AlGaN LEDs is explained. Our approach can overcome the dilemma, where micro-LEDs can be modulated fast but have low power, and therefore, the self-organized micro-LED structure is an ideal solution to realize practical DUV OWCs.
References
1.
K.
Nagamatsu
, N.
Okada
, H.
Sugimura
, H.
Tsuzuki
, F.
Mori
, K.
Iida
, A.
Bando
, M.
Iwaya
, S.
Kamiyama
, H.
Amano
, and I.
Akasaki
, J. Cryst. Growth
310
, 2326
(2008
).2.
R. G.
Banal
, M.
Funato
, and Y.
Kawakami
, J. Cryst. Growth
311
, 2834
(2009
).3.
A.
Fujioka
, T.
Misaki
, T.
Murayama
, Y.
Narukawa
, and T.
Mukai
, Appl. Phys. Express
3
, 041001
(2010
).4.
M.
Kneissl
, T.
Kolbe
, C.
Chua
, V.
Kueller
, N.
Lobo
, J.
Stellmach
, A.
Knauer
, H.
Rodriguez
, S.
Einfeldt
, Z.
Yang
, N. M.
Johnson
, and M.
Weyers
, Semicond. Sci. Technol.
26
, 014036
(2011
).5.
J. R.
Grandusky
, J.
Chen
, S. R.
Gibb
, M. C.
Mendrick
, C. G.
Moe
, L.
Rodak
, G. A.
Garrett
, M.
Wraback
, and L. J.
Schowalter
, Appl. Phys. Express
6
, 032101
(2013
).6.
H.
Hirayama
, N.
Maeda
, S.
Fujikawa
, S.
Toyoda
, and N.
Kamata
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
53
, 100209
(2014
).7.
M.
Shatalov
, W.
Sun
, R.
Jain
, A.
Lunev
, X.
Hu
, A.
Dobrinsky
, Y.
Bilenko
, J.
Yang
, G. A.
Garrett
, and L. E.
Rodak
, Semicond. Sci. Technol.
29
, 084007
(2014
).8.
H.
Miyake
, C.-H.
Lin
, K.
Tokoro
, and K.
Hiramatsu
, J. Cryst. Growth
456
, 155
(2016
).9.
M.
Ayyash
, H.
Elgala
, A.
Khreishah
, V.
Jungnickel
, T.
Little
, S.
Shao
, M.
Rahaim
, D.
Schulz
, J.
Hilt
, and R.
Freund
, Commun. Mag.
54
, 64
(2016
).10.
J. J. D.
McKendry
, R. O.
Green
, A. E.
Kelly
, Z.
Gong
, B.
Guilhabert
, D.
Massoubre
, E.
Gu
, and M. D.
Dawson
, IEEE Photonics Technol. Lett.
22
, 1346
(2010
).11.
C.-L.
Liao
, Y.-F.
Chang
, C.-L.
Ho
, and M.-C.
Wu
, IEEE Electron Device Lett.
34
, 611
(2013
).12.
J. M. M.
Santos
, S.
Rajbhandari
, D.
Tsonev
, H.
Chun
, B.
Guilhabert
, A. B.
Krysa
, A. E.
Kelly
, H.
Haas
, D. C.
O'Brien
, N.
Laurand
, and M. D.
Dawson
, Opt. Express
24
, 10020
(2016
).13.
J.-W.
Shi
, K.-L.
Chi
, J.-M.
Wun
, J. E.
Bowers
, Y.-H.
Shih
, and J.-K.
Sheu
, IEEE Electron Device Lett.
37
, 894
(2016
).14.
R. X. G.
Ferreira
, E.
Xie
, J. J. D.
McKendry
, S.
Rajbhandari
, H.
Chun
, G.
Faulkner
, S.
Watson
, A. E.
Kelly
, E.
Gu
, R. V.
Penty
, I. H.
White
, D. C.
O'Brien
, and M. D.
Dawson
, IEEE Photonics Technol. Lett.
28
, 2023
(2016
).15.
A.
Rashidi
, M.
Monavarian
, A.
Aragon
, S.
Okur
, M.
Nami
, A.
Rishinaramangalam
, S.
Mishkat-Ul-Masabih
, and D.
Feezell
, IEEE Photonics Technol. Lett.
29
, 381
(2017
).16.
K.
Ikeda
, S.
Horiushi
, T.
Tanaka
, and W.
Susaki
, IEEE Trans. Electron Devices
24
, 1001
(1977
).17.
M. L.
Lucia
, J. L.
Hernandez-Rojas
, C.
Leon
, and I.
Mártil
, Eur. J. Phys.
14
, 86
(1993
).18.
E. F.
Schubert
, N. E. J.
Hunt
, R. J.
Malik
, M.
Micovic
, and D. L.
Miller
, J. Lightwave Technol.
14
, 1721
(1996
).19.
W.
Yang
, S.
Zhang
, J. J. D.
McKendry
, J.
Herrnsdorf
, P.
Tian
, Z.
Gong
, Q.
Ji
, I. M.
Watson
, E.
Gu
, M. D.
Dawson
, L.
Feng
, C.
Wang
, and X.
Hu
, J. Appl. Phys.
116
, 044512
(2014
).20.
A.
Rashidi
, M.
Nami
, M.
Monavarian
, A.
Aragon
, K.
DaVico
, F.
Ayoub
, S.
Mishkat-Ul-Masabih
, A.
Rishinaramangalam
, and D.
Feezell
, J. Appl. Phys.
122
, 035706
(2017
).21.
I. E.
Lee
, M. L.
Sim
, and F. W. L.
Kung
, IET Optoelectron.
3
, 30
(2009
).22.
M. S.
Islim
, S.
Videv
, M.
Safari
, E.
Xie
, J. J. D.
McKendry
, E.
Gu
, M. D.
Dawson
, and H.
Haas
, J. Lightwave Technol.
36
, 2376
(2018
).23.
K.
Kojima
, Y.
Yoshida
, M.
Shiraiwa
, Y.
Awaji
, A.
Kanno
, N.
Yamamoto
, and S. F.
Chichibu
, in 2018 European Conference on Optical Communication (ECOC)
(2018
).24.
Y.
Yoshida
, K.
Kojima
, M.
Shiraiwa
, Y.
Awaji
, A.
Kanno
, N.
Yamamoto
, S. F.
Chichibu
, A.
Hirano
, and M.
Ippommatsu
, in 2019 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)
(2019
).25.
M.
Kaneda
, C.
Pernot
, Y.
Nagasawa
, A.
Hirano
, M.
Ippommatsu
, Y.
Honda
, H.
Amano
, and I.
Akasaki
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
, 061002
(2017
).26.
K.
Kojima
, Y.
Nagasawa
, A.
Hirano
, M.
Ippommatsu
, Y.
Honda
, H.
Amano
, I.
Akasaki
, and S. F.
Chichibu
, Appl. Phys. Lett.
114
, 011102
(2019
).27.
X.
He
, E.
Xie
, M. S.
Islim
, A. A.
Purwita
, J. J. D.
McKendry
, E.
Gu
, H.
Haas
, and M. D.
Dawson
, Photonics Res.
7
, B41
(2019
).28.
X.
Sun
, Z.
Zhang
, A.
Chaaban
, T. K.
Ng
, C.
Shen
, R.
Chen
, J.
Yan
, H.
Sun
, X.
Li
, J.
Wang
, J.
Li
, M.-S.
Alouini
, and B. S.
Ooi
, Opt. Express
25
, 23267
(2017
).29.
O.
Alkhazragi
, F.
Hu
, P.
Zou
, Y.
Ha
, Y.
Mao
, T. K.
Ng
, N.
Chi
, and B. S.
Ooi
, in Optical Fiber Communication Conference (OFC)
(2020
).30.
E. F.
Schubert
, Light-Emitting Diodes
(Cambridge University Press
, 2006
).31.
K.
Kojima
, Y.
Nagasawa
, A.
Hirano
, M.
Ipponmatsu
, Y.
Honda
, H.
Amano
, I.
Akasaki
, and S. F.
Chichibu
, in the 12th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-12)
, Strasbourg, France, July (2017
).32.
Y.
Nagasawa
, R.
Sugie
, K.
Kojima
, A.
Hirano
, M.
Ipponmatsu
, Y.
Honda
, H.
Amano
, I.
Akasaki
, and S. F.
Chichibu
, J. Appl. Phys.
126
, 215703
(2019
).33.
S. F.
Chichibu
, H.
Miyake
, Y.
Ishikawa
, M.
Tashiro
, T.
Ohtomo
, K.
Furusawa
, K.
Hazu
, K.
Hiramatsu
, and A.
Uedono
, J. Appl. Phys.
113
, 213506
(2013
).34.
M. L.
Nakarmi
, K. H.
Kim
, K.
Zhu
, J. Y.
Lin
, and H. X.
Jianga
, Appl. Phys. Lett.
85
, 3769
(2004
).35.
F.
Mehnke
, X. T.
Trinh
, H.
Pingel
, T.
Wernicke
, E.
Janzén
, N. T.
Son
, and M.
Kneissl
, J. Appl. Phys.
120
, 145702
(2016
).36.
K.
Nagata
, H.
Makino
, T.
Yamamoto
, K.
Kataoka
, T.
Narita
, and Y.
Saito
, Appl. Phys. Express
13
, 025504
(2020
).37.
P. H.
Binh
, V. D.
Trong
, P.
Renucci
, and X.
Marie
, J. Lightwave Technol.
31
, 2578
(2013
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.